5 кроків до енергоефективності – обираємо промисловий насос

Промисловій насос. Енергоефективність та життєвий цикл.

При виборі промислового обладнання прийнято враховувати розрахунковий LCC (LIFE COST CYCLE) – вартість життєвого циклу насоса (вартість затрат на насос, включаючи електроенергію за весь час роботи насоса до його заміни на новий насос).

Життєвий цикл в середньому становить 8-10 років (залежно від типу промислового насоса може становити 12 років і більше).

Вартість придбання насоса (придбання обладнання) складе лише близько 10% вартості від 10 річного життєвого циклу (LCC) насоса, при цьому треба розуміти, що прямі витрати на електроенергію будуть кратно (в 3-7 і більше разів залежно від типу насоса та часу експлуатації) перевищувати вартість закупівлі обладнання.

Ось чому так важлива енергоефективність обладнання.

Зв’язок споживаної потужності, ККД, тиску та витрати насосу.

Нижче наведена формула розрахунку споживаної потужності електродвігуна у робочій точці насоса (параметри Q м3/год, Н м).

розрахунок потужності промислового насоса

Як видно з формули, чим менше ККД електродвігуна та ККД насоса тим більше споживана потужність. При цьому ККД насоса береться з розрахунку ККД у робочій точці (згідно графіку ККД насоса при відповідних витратах Q м3/год) .

Промисловий насос працює не сам по собі окремо, а як єдина система з мережею трубопроводів, по яких насос прокачує рідину, які мають свої характеристики (графіки опору в залежності від витрати, втрат напору по довжині тощо). Нижче наведено малюнок з поясненням:

ККД промислового насоса з урахуванням системи тубопроводів

Так само треба розуміти, що витрата Q рідини, що перекачується, часто змінюється (наприклад пікові споживання у водопроводі –в ранкові та  вечірні години або зміни витрати Q теплоносія в системі опалення в залежності від температури повітря). Таким чином у системах опалення та водопостачання насос не буде працювати в якийсь одній фіксованій робочій точці.

Як правило проектні організації підбирають насосне обладнання по найбільшій робочій точці при Q = Qmax і згідно Qmax розраховують опір трубопроводів мережі. І додають додатково +10%-20% на невраховані втрати тиску. 

При цьому треба зауважити що додаткові + 10%-20%  тиску це відповідно +10%-20% відсотків споживаної потужності.

Якщо характеристику мережі подати на одному графіку з характеристикою насоса, то точка перетинання (точка А) буде робочою точкою насоса. Тільки в цій точці продуктивність насоса QА дорівнює необхідній витраті рідини в трубопроводі, а напір НА , що розвивається дорівнює напору, необхідному для переміщення рідини НМ.

Далі наведено графік сполучення характеристик відцентрового насоса і мережі:

сполучення характеристик відцентрового насоса і мережі

Звідки беруться додаткові енерговитрати?

Дослідження, проведене у Фінляндії, показує, що середній ККД насосів нижче 40 відсотків, а ефективність 10 відсотків насосів становить 10 відсотків чи менше. Завищення часто відбувається на етапі проектування, оскільки практика додавання кількох коефіцієнтів безпеки досить поширена. Це означає, що параметри тиску та витрати для конструкції насоса можуть бути на 25 відсотків більшими, ніж при фактичній роботі системи. Інженеру-замовнику може знадобитися тісна співпраця з виробником або дистриб’ютором насоса для оптимального вибору насоса, крім його розміру, швидкості, вимог до потужності та типу приводу, а також механічного ущільнення та допоміжного обладнання.

Крок №1-Мінімізація втрат тиску в системі (стадія проектування мереж трубопроводів)

Ключовим способом зниження перепаду тиску є оптимізація розмірів труб. Втрати на гідравлічне тертя створюють зниження тиску від кінця прямий труби до іншого. На падіння тиску в системі впливають такі фактори, як швидкість потоку, розмір труби (діаметр), загальна довжина труби, характеристики труби (шорсткість поверхні, матеріал і т. д.) та властивості рідини, що перекачується.

Крок №2- Уникнути підбору oversize обладнання (обладнання з великим запасом за напором) на стадії проектування та підбору обладнання

 Вибір правильного розміру насоса є значною економічною можливістю знизити споживання енергії. Це важливо тому, що відцентрові насоси можуть споживати до 60 відсотків енергії двигуна на об’єкті, а також мають найвищі витрати на технічне обслуговування технологічного обладнання. Коли інженери додають занадто багато коефіцієнта безпеки на етапі проектування, розмір насоса може бути завищений, що призводить до збільшення витрат на електроенергію та технічне обслуговування.

Крок №3- Частотне регулювання насоса (стадія проектування та підбору обладнання, можливе удосконалення існуючого обладнання)

Тому що в системах опалення та водопостачання насос не працюватиме в якійсь одній фіксованій робочій точці, то доцільно використовувати частотне регулювання – це дасть істотну економію енергоспоживання.

Наприклад при зниженні частоти з 50 Гц до 40 Гц споживана потужність знижується на 45-47% від споживаної потужності при 50 Гц.

Перетворювач частоти часто може бути доданий до існуючої системи електродвигуна насоса для роботи відповідно до фактичних вимог, а не теоретичних вимог, які були розраховані на початку проекту. Після встановлення VSD системним вимогам, включаючи безліч потенційних планів розширення у майбутньому. Цей метод часто призводить до максимальної енергоефективності за найнижчих витрат протягом життєвого циклу.

Установка (https://www.ebaraeurope.com/ru/product/e-spd-ru/ ) навісних – не вбудованих в електродвигун частотних перетворювачів дає можливість встановлювати частотний перетворювач на будь-який двигун відповідної потужності і дає можливість легко проводити технічне обслуговування, перемотування або заміну електродвигуна на відміну вбудованих в електродвигун частотних перетворювачів.

Крок №4- Оптимізація кількості насосів у насосній станції- визначається основний режим роботи (не піковий) і станція оптимізується під максимальний ККД саме в цьому режимі (стадія проектування та підбору обладнання)

Коли кілька насосів працюють як частина паралельної насосної системи, з’являються можливості значної економії енергії. Паралельна система з кількома насосами найкраще працює, коли кожен насос працює індивідуально, а не одночасно, більшу частину або весь час. Одночасна робота кількох насосів є доцільною, якщо це продиктовано вимогами до витрати, характерними для пікового споживання.

Крок №5- Регулярне технічне обслуговування обладнання (стадія експлуатації обладнання, можливе планування вартості LCC на стадії проектування та підбору обладнання)

Ефективне технічне обслуговування насосів дозволяє підприємствам підтримувати їхню ефективну роботу. Регулярне технічне обслуговування може виявити погіршення ефективності та продуктивності, яке може статися задовго до того, як насос вийде з ладу.

Щільове кільце, що зношується або ерозія робочого колеса внаслідок кавітації, можуть бути дорогими проблемами, які знижують ефективність на 10 і більше відсотків. Більшість заходів з технічного обслуговування можна класифікувати як профілактичні чи запобіжні.

Профілактичне технічне обслуговування спрямоване на задоволення повсякденних потреб системи, таких як мастило, періодичне регулювання та видалення забруднюючих речовин. Профілактичне обслуговування фокусується на тестах та перевірках, які виявляють погіршення стану. Іноді його називають «оцінкою стану» або «моніторингом стану». Це може допомогти мінімізувати незаплановані простої обладнання, які можуть бути дуже дорогими.

Приклад:
на фото результат заміни старих (що вийшли з ладу) частотних перетворювачів  на нові більш досконалі E-SPD Ebara на старий насосній станції на базі насосів LOWARA:

нові перетворювачі Ебара на старій насосній станції Ловара

P.S. Кожна насосна система є унікальною, і існує безліч можливостей для економії енергії!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *